rajat nuorille mielille

Abstrakti

ihmiskehon elimet ja kudokset kestävät melko hyvin päivittäisen ihmiselämän kulumista, mutta ne voivat silti epäonnistua monista syistä. Regeneratiivinen lääketiede on ala, joka tutkii uusia työkaluja vaurioituneiden elinten ja kudosten korjaamiseen ja korvaamiseen. Regeneratiiviseen lääketieteeseen kuuluu laaja valikoima hoitoja; esimerkiksi kantasoluhoito ja biomateriaalit. Biomateriaalit ovat materiaaleja, jotka on tehty vuorovaikutukseen ihmiskehon kanssa. Ne voidaan suunnitella monilla eri materiaaleilla eri käyttötarkoituksiin ja niistä voidaan tehdä rakenteellisesti korjattavan elimen tai kudoksen kaltaisia. Biomateriaalien kenttä kehittyy jatkuvasti, ja kun opimme jatkuvasti lisää biomateriaalien vuorovaikutuksesta kehon kanssa solutasolla, kehitetään yhä enemmän biomateriaalihoitoja.

biomateriaalit: Kudoskorjauksen rakennuspalikoilla

ihmiskehon elimillä ja kudoksilla on hyvin spesifisiä, monimutkaisia toimintoja. Elämämme riippuu siitä, että nämä elimet toimivat oikein ja ympäri vuorokauden. Joskus elimet ja kudokset kuitenkin vaurioituvat ja voivat epäonnistua sairauksien tai onnettomuuksien vuoksi. On olemassa monia lääketieteellisiä hoitoja, jotka voivat auttaa hoitamaan vaurioituneita elimiä, mutta monet eivät vieläkään pysty korjaamaan elintä niin, että se saa täyden toimintakyvyn. Nykyiset hoidot eivät esimerkiksi varsinaisesti paranna sydämen toimintaa sydänkohtauksen jälkeen.

regeneratiivinen lääketiede on tutkimusala, joka tarjoaa uusia työkaluja puuttuvien elinten korjaamiseen ja vaurioituneiden kudosten korvaamiseen . Regeneratiivinen lääketiede käyttää jotain kutsutaan kudoksen engineering suunnitella uusia strategioita korjaus vaurioitunut elinten ja kudosten. Kudostekniikka tarkoittaa biologian, kemian ja tekniikan käyttöä sellaisten uusien materiaalien valmistamiseen, jotka ovat yhteensopivia ihmiskehon kanssa ja joita voidaan käyttää elinten ja kudosten korjaamiseen tai korvaamiseen . Regeneratiivisen lääketieteen alalla on monenlaisia hoitoja, ja biomateriaalit ovat yksi yleisimmin käytetyistä työkaluista. Biomateriaalit ovat kuin Lego® – rakennuspalikoita, ja niitä on käytetty kudosten ja elinten, kuten sydämen, ihon, sarveiskalvon ja hermoston, korjaamiseen . Biomateriaalit ovat materiaaleja, jotka on tarkoitettu kehoon sijoitettaviksi vahingoittuneiden elinten tai kudosten korvaamiseksi tai korjaamiseksi. Biomateriaaleilla on usein erityisiä ominaisuuksia, joiden ansiosta ne voivat olla kosketuksissa ihmisen solujen, kudosten ja elinten kanssa ilman, että keho hylkää niitä. Biotekniikka on nimitys alalle, joka luo ja käyttää biomateriaaleja parantaakseen nykyisiä lääketieteellisiä hoitoja .

regeneratiivinen lääketiede käyttää myös erilaisia tapoja soveltaa hoitojaan, jotta ne voivat toimia tehokkaasti. Regeneratiivisiin hoitoihin voi kuulua: (1) soluterapia käyttäen kantasoluja, jotka ovat epäkypsiä soluja, joista voi mahdollisesti tulla tai tuottaa mitä tahansa tarvittavaa solua tai kudosta, (2) biotekniikka käyttäen biomateriaaleja, kuten olemme kuvanneet tässä, ja (3) lääkkeet ja lääkehoito . Regeneratiivisen lääketieteen muuttuessa myös hoitojen käyttötavat muuttuvat, usein yhdistämällä olemassa olevia menetelmiä tai tekemällä uusia, hoitoon paremmin soveltuvia. Biomateriaalit, biotekniikka ja regeneratiivinen lääketiede ovat tällä hetkellä edelläkävijöitä uusille lääketieteellisille hoidoille, erityisesti sellaisten elinten korjaamiseen, joita on aiemmin pidetty korjauskelvottomina.

biomateriaalien tarina

biomateriaalit ovat parantuneet merkittävästi sen jälkeen, kun ne kehitettiin ensimmäisen kerran, ja ne muuttuvat edelleen, koska tutkijat ymmärtävät yhä enemmän sairauksista ja biomateriaalien vuorovaikutuksesta kehon kanssa . Biomateriaaleja voidaan luoda useista eri materiaaleista riippuen siitä, mihin niitä käytetään . Niitä voidaan valmistaa esimerkiksi erilaisista luonnollisista ainesosista, kuten kollageenista, jota esiintyy elimistössä, tai alginaatista, joka on peräisin merilevästä, synteettisistä materiaaleista, kuten metallista, tai yhdistelmästä . Varhaisimmat biomateriaalit eivät olleet vuorovaikutuksessa ihmisruumiin kanssa, mutta niillä oli samanlaisia fysikaalisia ominaisuuksia kuin vaurioituneilla elimillä, joita niitä käytettiin korjaamaan tai korvaamaan. Nämä materiaalit syntyivät usein erilaisista metalleista, keramiikasta tai aineista, kuten kumista. Näitä varhaisia biomateriaaleja käytettiin yleisesti proteeseina, jotka ovat keinotekoisia ruumiinosia, kuten jalka tai sydän, mutta niillä oli huono taisteluvalmius kehon kanssa, joten ne usein hylättiin. Nämä varhaiset materiaalit eivät voineet olla vuorovaikutuksessa kehon kanssa solutasolla, mihin nykyiset biomateriaalit pyrkivät. Edistysaskeleet uusien biomateriaalien kehittämisessä ovat johtaneet materiaaleja, jotka voivat olla vuorovaikutuksessa kehon kanssa parantumisen ja uudistumisen edistämiseksi. Näitä uudempia biomateriaaleja pidettiin bioaktiivisina, eli ne pystyivät vuorovaikutukseen kehon kanssa ja muodostamaan kemiallisia sidoksia kudosten kanssa. Tämä näkyy lonkka implantit, jotka edistävät luun kasvua, jonka avulla kalsium kerros, kutsutaan hydroksiapatiitti, kasvaa implantti. Uusimmat biomateriaalit, jotka tunnetaan kolmannen sukupolven biomateriaaleina, on tehty vuorovaikutuksessa kehon kanssa ja aiheuttamaan erityinen vaste kehon soluista. Kolmannen sukupolven biomateriaalit voivat myös jäljitellä kehon luonnollista 3D-rakennetta ja edistää kudosten uudistumista (uudelleenkasvua) . Tutkijat ovat parantaneet biomateriaaleja valtavasti ja jatkavat niiden työstämistä muuttaen materiaalien ominaisuuksia siten, että ne toimivat tehokkaammin potilaiden elimistössä.

minkä muodon biomateriaalit ottavat?

biomateriaalit voivat saada monia eri muotoja ja niitä voidaan valmistaa monista eri materiaaleista. Ihannetapauksessa biomateriaaleilla pitäisi olla huokoinen rakenne, mikä tarkoittaa, että niissä on pieniä reikiä, joiden kautta kaasut, nesteet ja jopa solut liikkuvat niiden läpi, samalla tavalla kuin elin tai kudos, jota ne pyrkivät parantamaan. Solut, jotka auttavat paranemista, voidaan myös ladata pieniin huokosiin biomateriaalissa . Näin huokoista biomateriaalia voidaan käyttää solujen toimittamiseen vaurioituneeseen kudokseen. Biomateriaali auttaa pitämään uudet solut kudoksessa, jossa niitä tarvitaan parantumisen edistämiseksi. Lisäksi biomateriaalin huokoinen rakenne muistuttaa paljon ”solunulkoista matriisia”, joka on kuin tukiranka, josta solut” pitävät kiinni ” kehossa . Biomateriaaleja voidaan käyttää joko itse hoitona tai, kuten yllä olevassa esimerkissä, niitä voidaan muokata sisältämään lääkkeitä tai soluja vahingoittuneiden kudosten korjaamiseksi (Kuva 1). Esimerkiksi biomateriaaleja voidaan käyttää parantamaan ja korjaamaan sydän sydänkohtauksen jälkeen. Niitä voidaan käyttää yksinään tai ne voivat sisältää kantasoluja, jotka ovat soluja, joilla on kyky muuttua erityyppisiksi soluiksi, myös sydänsoluiksi. Jotkut biomateriaalit voidaan valmistaa hajoamaan paranemisen jälkeen . Biomateriaaleista voidaan valmistaa myös tiettyjä lääkkeitä, jotka voivat auttaa paranemisprosessissa . Biomateriaalien tuleva kehitys voisi johtaa monien uusien hoitomuotojen, myös keinotekoisten elinten, tuotantoon. Näin poistettaisiin pitkä elinsiirtojono.

Kuva 1-biomateriaalit kudosten ja elinten korjaukseen.
  • Kuva 1-biomateriaalit kudosten ja elinten korjaukseen.
  • biomateriaalit voivat sisältää soluja (ylhäältä) tai niitä voidaan käyttää yksinään potilaassa (alhaalta). Jonkin ajan kuluttua paranemista, molemmat biomateriaalit voivat auttaa vahingoittuneen kudoksen takaisin terveitä toimintoja ja ominaisuuksia.

biomateriaalit voivat auttaa parantamaan Ei-paranevia elimiä

elimet epäonnistuvat monista eri syistä, usein eri tekijöiden yhteisvaikutuksesta. Sydän on yksi yleisimmistä elimistä epäonnistua, ja yksi vaikeimmista parantua. Sydän-ja verisuonitauti (CVD) on termi, jota käytetään sairauksista, jotka vaikuttavat sydämeen ja verisuoniin. CVD-potilailla on riski saada sydänkohtaus, joka voi aiheuttaa merkittäviä vaurioita sydämeen ja sydänsolukuolemia . Tämä vaurio johtaa sydämen lihaksen menetykseen, joka koostuu sykkivistä soluista, joita kutsutaan ”kardiomyosyyteiksi.”Kardiomyosyyttien menetys vähentää sydämen kykyä pumpata verta koko kehoon . Ennen uskoimme, että kardiomyosyytit eivät kykene uusiutumaan. Hiljattain kuitenkin havaittiin, että kardiomyosyyteillä on jonkinlainen kyky uusiutua . Kun vielä opimme ihmiskehon uudistumiskyvystä, monet elimet, kuten sydän, ovat hitaita parantumaan, mikä tekee näiden elinten vaurioista vaikeita hoitaa. Elinsiirto on vaihtoehto vaurioituneen kudoksen tai elimen korvaamiseksi. Siirtoelimistä on kuitenkin huutava pula. Kanadassa noin viisi potilasta kuolee joka viikko odottaessaan elinsiirtoa . Vaihtoehtona elinsiirroille regeneratiivinen lääketiede näyttää lupaavalta hoitona sydämen ja muiden hitaasti paranevien elinten korjaamiseen, kuten kuvassa 2 esitetään.

kuva 2-regeneratiivinen lääketiede sydämelle.
  • kuva 2-regeneratiivinen lääketiede sydämelle.
  • sydämensiirron vaihtoehtoina sydämen regeneratiivisiin hoitoihin kuuluu soluhoito, jossa käytetään aikuisten kantasoluja (ylhäällä vasemmalla), biomateriaaleja (ylhäällä oikealla) ja farmakologisia (lääkkeitä) interventioita (alhaalla).

Onko Mitään Rajoituksia?

vaikka biomateriaalit ovat lupaavia, ne ovat edelleen kehittyvä hoitomuoto; niiden täyttä potentiaalia ei ole vielä tutkittu. Biomateriaalien rajoituksilla on tekemistä sen kanssa, miten ne vaikuttavat potilaan kehoon. Esimerkiksi biomateriaalit pystyvät jäljittelemään korjattavan elimen tai kudoksen 3D-ympäristöä, mutta biomateriaalit ovat silti erilaisia kuin varsinainen elin, ja tämä voi rajoittaa kudosten uusiutumista. Esimerkiksi sydämeen sijoitettavien biomateriaalien on kyettävä supistumaan sykkivän sydämen kanssa, tai ne voivat aiheuttaa epäsäännöllisiä sydämenlyöntejä . Aiemmin biomateriaalit eivät myöskään ole päästäneet tarpeeksi happea sydämen läpi pitääkseen sen terveenä . Viimeisimpänä tähän asti biomateriaalit ovat pystyneet korjaamaan vain noin neljänneksen sydämen kokoisen alueen, joten jos kyseessä on suuri sydänkohtaus, joka vahingoittaa enemmän sydäntä, ne eivät ole yhtä hyödyllisiä . Kun tutkijat saavat edelleen tietoa sairauksien perimmäisistä syistä, he pystyvät kehittämään uusia biomateriaaleja, joilla voidaan hoitaa useampia sairauksia. Lisäksi itse biomateriaalit edistyvät edelleen, mikä toivottavasti johtaa materiaaleihin, joilla voidaan menestyksekkäästi hoitaa monenlaisia sairauksia.

biomateriaalien muut rajoitukset eivät ole niinkään fysikaalisia, vaan niihin liittyy eettisiä kysymyksiä (moraalisia arvoja ja sääntöjä) ja niiden käyttöön liittyviä lakeja. On eettisiä kysymyksiä siitä, millaisia materiaaleja käytetään, ja mistä ne ovat peräisin, onko esimerkiksi eettistä käyttää ihmisiltä otettuja materiaaleja näiden materiaalien valmistamiseen?

toiseksi biomateriaalien säätely sen varmistamiseksi, että ne ovat turvallisia potilaille, voi olla vaikeaa, koska on olemassa niin laaja valikoima biomateriaaleja, jotka on valmistettu eri komponenteista ja joita käytetään eri tarkoituksiin. Tarvitsemme parempia keinoja sen varmistamiseksi, että nämä uudet hoidot ovat tehokkaita vahingoittuneiden elinten ja kudosten uudistamisessa tavalla, joka ei vahingoita potilasta.

johtopäätös

biomateriaalien ja regeneratiivisen lääketieteen alalla on edistytty merkittävästi, mutta vielä on paljon edistysaskeleita, joita voidaan saavuttaa. Seuraavan tutkijasukupolven on edelleen opittava ja ymmärrettävä ihmiskehon ja biomateriaalien välisiä vuorovaikutuksia, jotta voidaan kehittää uusia, tehokkaampia hoitoja.

Sanasto

uudistaminen: uudelleenviljely.

huokoinen: Pieniä reikiä, joiden läpi ilma, nesteet ja jopa solut pääsevät kulkemaan.

Eturistiriitalausunto

kirjoittajat toteavat, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, joita voitaisiin pitää mahdollisena eturistiriitana.

kiitokset

EA ja ES kiittävät kaikkia laboratorioissaan työskennelleitä harjoittelijoita, jotka olivat olleet avainasemassa kehitettäessä uusia materiaaleja elinten korjaamiseen ja jotka olivat myös auttaneet ymmärtämään paremmin solujen ja biomateriaalien vuorovaikutusta. Kirjoittajat haluavat kiittää myös kanadalaisten rahoittajien NSERC: n (EA), CIHR: n (EA ja ES) sekä Ottawan yliopiston Sydäninstituutin tukea. CL kiittää kuningatar Elisabet II stipendi M.Sc opinnot.

Steinhauser, M. L., and Lee, R. T. 2011. Sydämen uudistuminen. EMBO Mol. Med. 3:701–12. doi: 10.1002 / emmm.201100175

Chaudhuri, R., Ramachandran, M., Moharil, P., Harumalani, M., ja Jaiswal, A. K. 2017. Biomateriaalit ja solut sydänkudostekniikan: current choices. Martti. Sci. Eng. C 79: 950-7. doi: 10.1016 / j. msek.2017.05.121

Bhat, S., ja Kumar, A. 2013. Biomateriaalit ja biotekniikka huomisen Terveydenhuolto. Biomatter 3: e24717. doi: 10.4161 / biom.24717

Cannon, S. 2013. Sydän-ja verisuonitaudit: biokemia käyttäytymiseen. Nature 493: S2-S3. doi: 10.1038/493S2a

veren, elinten ja kudosten luovutus: Canada.ca (2018) . Saatavilla verkossa osoitteessa https://www.canada.ca/en/public-health/services/healthy-living/blood-organ-tissue-donation.html#a32

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.